- Trong mắt, mũi và miệng của chúng ta đều có những tế bào cảm biến ánh sáng, mùi và hương vị. Trong cơ thể người cũng vậy, mỗi một tế bào cũng đều sở hữu những cơ quan cảm biến tương tự dành cho hormone và các hợp chất quan trọng khác như adrenalin, serotonin, histamine và dopamine.

Nghiên cứu về Thụ thể bắt cặp G-Protein đã giúp hai nhà khoa học Mỹ giành giải Nobel Hóa học 2012
Mỗi ngày, cơ thể chúng ta chứng kiến sự tương tác của hàng chục nghìn tỷ tế bào. Đại đa số tế bào có chức năng và vai trò riêng. Một số lưu trữ chất béo, một số sản sinh hormone hay xây dựng mô cơ. Để chúng có thể hoạt động gắn kết với nhau và cơ thể có thể vận động bình thường, các tế bào này bắt buộc phải cảm ứng được môi trường xung quanh, “hiểu được” điều gì đang diễn ra xung quanh chúng. Muốn thế, chúng cần có các tế bào cảm ứng ở bề mặt, gọi là các thụ thể.

Công trình của Robert Lefkowitz và Brian Kobikka được giải vì họ đã hé lộ được cơ chế vận hành bên trong của một họ thụ thể rất quan trọng là thụ thể bắt cặp G-protein.

“Tôi rất, rất phấn khích”, Lefkowitz chia sẻ qua điện thoại trong cuộc họp báo tại Stockholm. Ông cho biết mình đang ngủ khi nhận được cuộc gọi thông báo từ Ủy ban Nobel. “Tôi không nghe thấy tiếng chuông. Tôi đang đeo tai nghe thì thấy vợ tôi huých nhẹ. Và rồi tôi nhấc máy... Thực sự là một cú sốc và bất ngờ lớn”.

Thụ thể - Kẻ tàng hình bí ẩn

Robert Lefkowitz (trái) và Brian Kobikka (phải)
Suốt một thời gian dài, câu hỏi tế bào làm sao cảm nhận được môi trường xung quanh vẫn là một bí ẩn của khoa học. Các nhà nghiên cứu biết rằng một số hormone như adrenalin có tác dụng rất mạnh: tăng huyết áp cơ thể và khiến cho tim đập nhanh hơn.

Ban đầu, giới khoa học nghi rằng adrenalin hoạt động thông qua các dây thần kinh nên đã gây tê liệt hệ thần kinh của các loài vật thí nghiệm. Thế nhưng tác dụng của adrenalin bằng cách nào đó vẫn hiển hiện trên tế bào. Họ đi đến kết luận rằng hẳn tế bào phải có một dạng thụ cảm nào khác. Nhưng khi cố gắng tìm kiếm những thụ thể đó, các nhà khoa học lâm vào bế tắc. Mỗi một tế bào đều có một bức tường bao quanh: một lớp màng các phân tử chất béo ngăn cách nó với môi trường xung quanh. Làm thế nào mà tín hiệu có thể đi xuyên qua tường? Làm sao phần bên trong tế bào biết được chuyện gì đang xảy ra bên ngoài?

Họ nghi rằng bề mặt tế bào có chứa một số dạng cơ quan tiếp nhận hormone. Thế nhưng cụ thể những cơ quan tiếp nhận này có cấu trúc như thế nào và cơ chế làm việc ra sao thì phải đến nửa sau thế kỷ 20, khoa học mới có được câu trả lời.

Dụ thụ thể ra khỏi chỗ trốn

Lefkowitz đã nảy ra một ý định táo bạo. Năm 1968, ông đính kèm các iot phóng xạ vào hormone để theo vết hormone khi nó tiếp xúc với bề mặt tế bào. Ông đã tìm ra một số tế bào thụ cảm trong đó đáng kể nhất là tế bào thụ cảm adrenalin có tên β-adrenergic receptor. Nhóm nghiên cứu của ông đã có thể tách tế bào thụ cảm này khỏi chỗ ẩn náu của nó bên trong bức tường tế bào và bước đầu tìm hiểu cơ chế hoạt động của nó. Ngoài ra, phương pháp của Lefkowitz còn cho thấy một hiện tượng khác không kém phần quan trọng: việc kết cặp giữa hormone với bề bặt tế bào sẽ làm kích hoạt một quá trình khác diễn ra bên trong tế bào. Nói cách khác, bên trong tế bào đã nhận được tín hiệu do bề mặt phát về.

Đến thập niên 80, Lefkowitz đạt được bước tiến lớn kế tiếp. Thành viên mới gia nhập Kobilka đã chấp nhận thử thách hóc búa “cô lập gene mã hóa tế bào thụ cảm β-adrenergic khỏi bản đồ gene khổng lồ của con người”. Cách tiếp cận sáng tạo đã giúp Kobilka hoàn thành xuất sắc mục tiêu này và khi phân tích gene nói trên, nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy  tế bào thụ cảm β-adrenergic rất giống với tế bào thụ cảm ánh sáng của mắt. Họ nhận thấy có cả một họ tế bào thụ cảm với hình thức và chức năng tương tự nhau cùng tồn tại trong cơ thể người.

Ngày nay, họ tế bào thụ cảm này được nhắc đến dưới cái tên thụ thể kết cặp G-protein. Có khoảng 1000 mã gene cho những thụ thể này để chúng cảm ứng ánh sáng, hương vị, mùi, adrenaline, histamine, dopamine và serotonin. Có một nửa các loại thuốc đạt được hiệu quả điều trị thông qua các thụ thể G-protein.

Chụp được "kẻ giấu mặt"

Nói một cách ngắn gọn, các nghiên cứu của Lefkowitz và Kobilka có ý nghĩa quan trọng trong việc tìm hiểu các chức năng của thụ thể kết cặp G-protein. Đến năm 2011, Kobilka đạt được một phát hiện đột phá nữa: Ông và nhóm của mình đã chụp được hình tế bào thụ cảm β-adrenergic tại đúng thời điểm mà nó được hormone kích hoạt và gửi tín hiệu về cho tế bào. Đây có thể coi là một “kiệt tác hình ảnh phân tử”, kết quả của hàng thập kỷ nghiên cứu do chụp được hình một protein là cả một quá trình kỳ công, phức tạp. Protein quá bé để có thể nhận dạng được bằng kính hiển vi thông thường. Vì thế, các nhà khoa học phải sử dụng phương pháp tinh thể học tia X.

Bức ảnh này đã hé lộ nhiều chi tiết mới mẻ về thụ thể kết cặp G-protein, chẳng hạn như các thụ thể sau khi được kích hoạt trông như thế nào. Những kiến thức này được đánh giá là rất hữu dụng khi y học phát triển ra các loại thuốc mới.

Trọng Cầm